Question

亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種強(qiáng)氧化性漂白劑，廣泛用于紡織、印染和食品工業(yè)．它在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在．工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)NaClO₂的主要流程如下．

（1）在無(wú)隔膜電解槽中持續(xù)電解發(fā)生反應(yīng)的氧化劑為

 

（填化學(xué)式）．
（2）Ⅲ中產(chǎn)生氣體a的電極反應(yīng)式為

 

．
（3）Ⅱ中產(chǎn)生氣體a的電極反應(yīng)式為

 

．
（4）①在堿性溶液中NaClO₂比較穩(wěn)定，所以Ⅱ中應(yīng)維持NaOH稍過(guò)量，判斷NaOH是否過(guò)量的簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法是

 

．
②工業(yè)上Ⅱ中制備NaClO₂為防止被還原成NaCl，所用還原劑的還原性應(yīng)適中．除H₂O₂外，還可以選擇的還原劑是

 

（填序號(hào)）
A．Na₂O₂    B．Na₂S   C．FeCl₂  D．PbO（懸濁液）
（5）ClO₂是一種高效水處理劑，ClO₂將對(duì)污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN-等有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN^-amg/L，現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，生成了兩種無(wú)毒無(wú)害的氣體，其離子反應(yīng)方程式為

 

；處理100m³這種污水，至少需要ClO₂

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）電解氯化鈉溶液，在陰極上是水中的氫離子得電子的還原反應(yīng)；
（2）III中電解質(zhì)是Na₂SO₄，電解Na₂SO₄溶液時(shí)，陽(yáng)極上生成O₂⁺，陰極產(chǎn)生H₂；
（3）電解池中，陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)產(chǎn)物來(lái)確定發(fā)生的反應(yīng)；
（4）①NaOH過(guò)量則溶液呈堿性，但考慮到該溶液有強(qiáng)氧化性，選擇指示劑或pH試紙檢驗(yàn)會(huì)遇到氧化褪色問題，故工業(yè)生產(chǎn)中主要是用pH計(jì)連續(xù)測(cè)定溶液pH；
②還原性要適中．還原性太強(qiáng)，會(huì)將ClO₂還原為更低價(jià)態(tài)產(chǎn)物，影響NaClO₂生產(chǎn)；方便后續(xù)分離提純，加入試劑不能干擾后續(xù)生產(chǎn)，Na₂O₂溶于水相當(dāng)于H₂O₂．
（5）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子；根據(jù)方程式計(jì)算需要ClO₂的物質(zhì)的量．

解答： 解：（1）電解氯化鈉溶液，在陰極上是水中的氫離子得電子的還原反應(yīng)，所以水是氧化劑，故答案為：H₂O；
（2）III中電解質(zhì)是Na₂SO₄，電解Na₂SO₄溶液時(shí)，陽(yáng)極上電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺、陰極電極反應(yīng)式為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，左邊流出硫酸，所以A氣體是氧氣，B氣體是氫氣、生成氧氣的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（3））Ⅱ中反應(yīng)根據(jù)流程信息可知，生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合價(jià)降低，被還原；則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產(chǎn)生，反應(yīng)中ClO₂是氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)，H₂O₂是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，若電解原理來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化．則陽(yáng)極上生成氧氣的反應(yīng)為：2OH^-+H₂O₂-2e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：2OH^-+H₂O₂-2e^-=2H₂O+O₂↑；
（4）①NaOH過(guò)量則溶液呈堿性，但考慮到該溶液有強(qiáng)氧化性，選擇指示劑或pH試紙檢驗(yàn)會(huì)遇到氧化褪色問題，故生產(chǎn)中主要是用pH計(jì)連續(xù)測(cè)定溶液pH．
故答案為：連續(xù)測(cè)定吸收塔內(nèi)溶液的pH．
②還原性要適中．還原性太強(qiáng)，會(huì)將ClO₂還原為更低價(jià)態(tài)產(chǎn)物，影響NaClO₂生產(chǎn)；方便后續(xù)分離提純，加入試劑不能干擾后續(xù)生產(chǎn)，Na₂O₂溶于水相當(dāng)于H₂O₂，不會(huì)影響后續(xù)生產(chǎn)，但是Na₂S、FeCl₂還原性較強(qiáng)，生成物與NaClO₂分離比較困難，PbO（懸濁液）
氧化性較差，不合適，
故選：A．
（5）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子，反應(yīng)離子方程式為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，
100m³廢水中CN^-質(zhì)量=100m³×ag/m³=100ag，CN^-的物質(zhì)的量為

100ag

26g/mol

=

50a

13

mol，由方程式可知，至少需要ClO₂的物質(zhì)的量=

50a

13

mol，
故答案為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；

50a

13

mol．

點(diǎn)評(píng)：本題以學(xué)生比較陌生的亞氯酸鈉制備為背景，以過(guò)氧化氫法制備亞氯酸鈉為主線，考察學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、對(duì)濃度概念的理解、對(duì)氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識(shí)的運(yùn)用、有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作和簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力考察以及在新情境下綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，題目有一定的難度．